广西科技大学
毕业设计说明书课题名称无线环境监测模拟装置的设计
系别
专业电子信息科学与技术
班级
学号
姓名
指导教师
2013 年5 月20 日
近几年，随着科学技术的快速发展，单片机的普及和应用正在得到不断推广和深入，于此同时带动了传统的控制检测技术也得到了日益的更新。在实时环境检测和自动化控制的单片机应用系统的领域中，单片机在系统中常常以核心部件出现，单方面掌握单片机方面知识是远远不能满足开发需求的，必须要按照具体要求硬件结构软硬件有机结合，加以完善。
无线环境监测模拟装置的系统，无线环境监测模拟装置具有对温度和光亮的检测功能，并且可以通过无线网络传输数据。不仅能很好的检测环境变化，而且无线传输方便实用。本设计采用STC12C5A单片机来实现无线环境监测功能的控制，同时采用LCD1602、DS18B20，NRF24L01、光敏电阻以及其它芯片来铺助，从而达到智能控制的功能。通过STC12C5A芯片的各个端口来控制各个模块的正常工作。本设计有接受和发送两个模块，各模块都能独立工作，通过无线通信技术进行数据传输。可实现对发送模块地区的温度与光亮检测，并可在接收模块显示出来。
本系统实用性强、操作简单、扩展性好。
关键词：单片机；温度；环境；无线；光亮
In recent years, with the rapid development of science and technology, popularization and application of microcontroller being constant promotion and in-depth, in which the traditional control while driving detection technology has been increasingly updates. In real-time environmental monitoring and automated control systems in the field of microcontroller applications, the microcontroller in the system core components often occur unilaterally master microcontroller knowledge is far from being able to meet development needs, must be in accordance with the specific requirements of the hardware structure of hardware and software organic combined to be improved.
Analog Devices wireless environmental monitoring systems, wireless environmental monitoring analog device has a temperature and light detection function, and can transmit data over the wireless network. Not only can well detect environmental changes, and wireless transmission convenient and practical. The design uses a single chip to achieve STC12C5A wireless environmental monitoring function control, while using LCD1602, DS18B20, NRF24L01, photoresistor, and other chip shop help to achieve intelligent control functions. STC12C5A chip through the ports to control the normal operation of each module. Designed to receive and send the two modules, each module can work independently, via wireless communication technology for data transfer. The transmission module can realize the temperature and light detecting region, and is displayed in the receiving module.
The system is practical, simple, and good scalability.
Keywords: microcontroller; temperature; environment; wireless; bright
目录
1 绪论............................................................... - 1 -
2 课题的设计要求和设计方案........................................... - 2 -
2.1 设计要求...................................................... - 2 -
2.1.1 题目概述................................................. - 2 -
2.1.2 设计任务................................................. - 2 -
2.1.3 设计要求................................................. - 2 -
2.2 设计方案...................................................... - 2 -
2.2.1 供电方案................................................. - 2 -
2.2.2 无线通信方案............................................. - 3 -
2.2.3 显示方案................................................. - 4 -
2.2.4 温度检测方案............................................. - 4 -
2.2.5 光线检测方案............................................. - 5 -
3 芯片的介绍及应用................................................... - 6 -
3.1 STC12C5A60S2系列单片机简介.................................... - 6 -
3.1.1 STC12C5A60S2系列单片机的引脚及功能...................... - 6 -
3.1.2 单片机最小系统的设置.................................... - 10 -
3.2 LCD1602芯片介绍及应用........................................ - 10 -
3.2.1 液晶显示器的介绍........................................ - 10 -
3.2.2 LCD1602的显示原理...................................... - 10 -
3.2.3 LCD1602的基本参数及引脚功能............................ - 11 -
3.2.4 LCD1602的特性.......................................... - 11 -
3.2.5 LCD1602的使用方法...................................... - 12 -
3.2.5 LCD1602的控制指令...................................... - 13 -
3.3 DS18B20芯片介绍及应用........................................ - 13 -
3.3.1 DS18B20引脚功能........................................ - 13 -
3.3.2 DS18B20读写说明........................................ - 14 -
3.4 NRF24L01芯片介绍及应用....................................... - 15 -
3.4.1 NRF24L01芯片的介绍..................................... - 15 -
3.4.2 NRF24L01芯片的引脚功能................................. - 15 -
3.4.3 NRF24L01的固件编程的基本思路........................... - 15 -
4 程序的设计流程.................................................... - 17 -
4.1 DS18B20模块流程图............................................ - 17 -
4.2 无线通讯接收模块流程图....................................... - 17 -
4.3 无线通讯发送模块流程图....................................... - 18 -
4.4 LCD1602模块流程图............................................ - 19 -
5 软硬件的调试...................................................... - 20 -
5.1 硬件原理图................................................... - 20 -
5.2 硬件实物图................................................... - 21 - 结论............................................................... - 23 - 致谢............................................................... - 24 - 参考文献............................................................. - 24 - 附录............................................................... - 25 -
1 绪论
由于人们生活环境的不断恶化，人们对环境问题的认识伴随着人类社会的发展进程也在不断地加深。环境保护正日益被重视起来，随之环境监测市场也不断扩大。然而现阶段的环境监测站却不能满足社会的环境监测需求的增长，随着国家政策对环境监测领域的支持，环境监测基础建设得到了快速的发展。环境监测的前景不可忽视。
环境问题以是当今国际社会的普遍问题，环境污染这一问题在我国尤为突出，因此环境监测逐渐被人所重视。环境检测，是一项技术性很强的新兴行业。环境检测的介质对象大致可分为水质检测、空气检测、土壤检测、固体废物检测、生物检测、噪声和振动检测、电磁辐射检测、放射性检测、热检测、光检测、卫生（病原体、病毒、寄生虫等）检测等。环境检测的对象以及环境复杂多变，因此尤为需要不同的环境监测设备以代替人为的去对环境的检测。
环境监测技术是环境污染控制的眼睛，是研究环境质量变化趋势的重要手段，是环境保护的基础。随着社会经济的发展，各个国家对环境保护的意识都在加强。对于一些比较恶劣的环境，很难人工进行检测，因此，检测环境的仪器就显得更为重要的了。
随着现代工业化的不断发展，人们对工厂的工作环境要求不断提高，尤其是现代工业对环境温度、光照的控制要求越来越高,许多车间在生产特定产品时都需要对车间温度、光照进行监控。而无线环境检测装置的便捷性使它更受市场的欢迎，无线环境检测装置的商业价值潜力巨大。
无线环境监测模拟装置具有对温度和光亮的检测功能，并且可以通过无线网络传输数据。不仅能很好的检测环境变化，而且无线传输方便实用。
2 课题的设计要求和设计方案
2.1 设计要求
2.1.1 题目概述
无线环境监测模拟装置是可以检测环境相关指标，并能通过无线传输相应信息的设备，它可以加强环境的检测，节约人力资源，提高环境检测的效率。它适用于各种环境，各种地势等不同情况下对环境检测的需求，能在人类难以或无法到达的区域进行环境的检测。
2.1.2 设计任务
设计并制作一个环境监测，实现对周边温度和光照信息的探测。该装置由1个监测终端和1个探测节点组成。监测终端和探测节点均含一套无线收发电路，要求具有无线传输数据的功能。
2.1.3 设计要求
1. 实现对探测节点周边温度和光照信息的探测。
2．该装置由1个监测终端和1个探测节点组成。
3．监测终端和探测节点均含一套无线收发电路，要求具有无线传输数据功能。
4．监测终端有显示设备可以显示相关信息。
2.2 设计方案
2.2.1 供电方案
如果要使本次无线环境监测模拟装置能正常而稳定的工作，就必须要有稳定可靠的电源。而本次设计涉及到的模块比较多，电源供求量比较大，而且NRF24L01无线模块需要使用3.3V的电源供电，所以本次设计了以下方案：
采用USB转接口5V电压供电，在使用LM1117芯片将5V的电压转换为3.3V的电压。这样即简单而又可提供稳定的电源。
5V转3.3V供电电路如图2.1：
图2.1 5V转3.3V电路图
USB-5V供电接口电路如图2.2：
图2.2 USB-5V供电接口电路
2.2.2 无线通信方案
本无线环境监测模拟装置的设计的无线通信模块采用的是NORDIC 公司生产的一款NRF24L01无线通信芯片，其采用 FSK 调制，内部集成 NORDIC 自己的 Enhanced Short Burst 协议。可以实现点对点或是 1 对 6 的无线通信。无线通信速度可以达到 2M （bps）。电路如图2.3。
图2.3无线通信模块电路
2.2.3 显示方案
本无线环境监测模拟装置的设计涉及温度，光亮等显示功能。基于功能需求，设计考以下方案：
基于LCD1602液晶显示器使用方便且价格便宜，又能很好的符合本次设计的要求，故采用LCD1602液晶显示器来显示，其电路如图2.4所示。
图2.4 LCD1602液晶显示器电路
2.2.4温度检测方案
DS18B20温度传感器具有体积小，硬件开消低，具有超强的抗干扰能力，检测精度高，附加功能强，使用简单的优点。符合本次无线环境监测模拟装置的设计的要求，且经济实用，故使用DS18B20温度传感器作为本次无线环境监测模拟装置的设计的温度检测器件，DS18B20温度传感器电路如图2.5所示。
图2.5 DS18B20温度传感器电路
2.2.5 光线检测方案
本次无线环境监测模拟装置的设计只对光线的有无做监测，电路相对简单，故采用光敏电阻和可变电阻作为光线检测及其灵敏度的的调节部件。光检测模块只输出高电平或低电平。光线检测电路如图2.6所示。
图2.6 光线检测电路
唐山师范学院本科毕业论文 题目无线环境监测系统的设计 学生 22222 指导教师姜丽飞讲师 年级 2008级 专业电子信息科学与技术 系别物理系 唐山师范学院物理系 2012年5月
郑重声明 本人的毕业论文（设计）是在指导教师姜丽飞的指导下独立撰写完成的。如有剽窃、抄袭、造假等违反学术道德、学术规范和侵权的行为，本人愿意承担由此产生的各种后果，直至法律责任，并愿意通过网络接受公众的监督。特此郑重声明。 毕业论文（设计）作者（签名）： 年月日
目录 标题 (1) 中文摘要 (1) 1 引言 (1) 2 系统硬件设计 (1) 2.1 设计目标 (1) 2.2 方案选择 (1) 2.3 系统结构 (2) 2.4 电路设计 (3) 3 系统软件设计 (6) 3.1 通信协议 (6) 3.2 系统软件 (7) 4 系统性能测试方法及测试结果 (7) 4.1 温度测量 (7) 4.2 光照测试...................................... (7) 4.3 主机与各从机通信距离及响应时间测试 (8) 5 结束语........................................... . (8) 参考文献................................. . (9) 致谢....................................... ...... .. (10) 附录.................................................................................................... (11) 外文页........................................... .. (12)
一、概述 环保在线监测是环保监测与环境预警的信息平台。环保在线监测采用先进的无线网络，涵盖水质监测、烟气自动监测（CEMS）、空气质量监测等多种环境在线监测应用；系统以污染源在线监测为基础，充分贯彻总量管理、总量控制的原则。 二、系统组成： 系统主要包括：监控中心服务器、污染源在线监测系统软件、通信网络、监测点监测终端设备、各种监测仪器（水质监测仪器、烟气监测仪器、空气质量监测仪器等）。 三、组网通信方式： 监测点与监控中心之间采用GPRS通信方式。 四、系统功能： ◆实现污染源在线监测：以图标、表格、图形等丰富多样的形式实时展现各排污口 设备的运行状况、污染物排放浓度、流量、排放量等信息，以及污染物排放的发展趋势与动态。 ◆报警与预警：以声音、图标颜色变化、表格中数值的颜色等形式提供多样化的报 警功能。精确地描述超标数值，超标时间，超标排放量、超标排放介质量，为强化环境监理工作提供了详实可靠的依据。 ◆故障报警：当在线监测仪表发生故障时，系统自动发出故障报警信号。 ◆统计与分析：将污染源在线监测数据和报警信息进行全方位多角度的分类汇总与 统计分析，充分满足各种统计要求。 ◆强化企业排放口的管理，以多种方式对污染物排放量、超标排放量、超标排放介 质量、监控设备停运时间等重要指标进行统计，满足管理工作的需求。
◆实现对受控企业污染物排放总量的管理，及时掌握企业污染物排放总量的发展趋势，为总量管理、总量控制提供基础依据。 五、系统特点： ◆采用GPRS无线数据传输方式，彻底摆脱“有线”的束缚，适用范围广，运行成本低。 ◆利用GPRS无线网络实时在线的特点，建立污染源在线监测系统的无线网络，及时准确地掌握各个企业污染物排放口的实际运行情况和污染物排放的发展趋势与动态。 ◆支持任何类型、任何厂家的监测仪表，只要在系统中进行相应的设置即可对任意仪表类型自动进行识别，从而扩大了系统的监测种类和应用范围。 ◆涵盖在线监测的多种应用，包括水质在线监测、烟尘在线监测。 六、监测点设备及连接示意图：
室空气质量检测报告 编号：XXXX-SNJC-2015-001 委托单位或个人： XXX（女士） 委托检测地址：市孝南区XX路XXXX 委托检测项目：民用建筑工程室空气中游离甲醛、苯 XX职业卫生技术服务 2015年 1月 30日
报告说明 一、本机构保证检测的公正性、独立性和诚实性，对检测的数据及检测评价结论负责，对委托方所提供的检测样品。 二、本报告无编制人、审核人和签发人签字，或涂改，未盖本机构红色检测报告专用印章无效。 三、委托方若对本报告有异议，须于收到本报告之日起15日书面形式向本检测机构提出，逾期不予受理。 四、由委托单位自行采集的样品，仅对送检样品负责，不对样品来源负责。 五、本报告各页为报告不可分割之部分，使用者单独抽出某些页导致误解或用于其他用途及由此造成的后果，本机构不负责相应的法律责任。 六、本报告及数据不得用于商业广告，违者必究。 地址：XX市XXXX路XXXX1幢XX单元XXX号 邮政编码：432000 服务热线：0712-XXXXXXX 邮箱：XXXdzyws2013163.
报告说明 一、本机构保证检测的公正性、独立性和诚实性，对检测的数据及检测评价结论负责，对委托方所提供的检测样品。 二、本报告无编制人、审核人和签发人签字，或涂改，未盖本机构红色检测报告专用印章无效。 三、委托方若对本报告有异议，须于收到本报告之日起15日书面形式向本检测机构提出，逾期不予受理。 四、由委托单位自行采集的样品，仅对送检样品负责，不对样品来源负责。 五、本报告各页为报告不可分割之部分，使用者单独抽出某些页导致误解或用于其他用途及由此造成的后果，本机构不负责相应的法律责任。 六、未经本公司书面批准，不得复制（全文复制除外）本检测报告。 七、未经本公司同意，本报告及数据不得用于商业广告，违者必究。 地址：市XXXXXXXXXXX幢Ｘ单元ＸＸＸ号 邮政编码：432000 服务热线：0712-ＸＸＸＸＸＸＸ 邮箱：XXXX2013163.
南京航空航天大学 硕士学位论文 基于无线传感器网络的环境监测系统设计与实现 姓名：耿长剑 申请学位级别：硕士 专业：电路与系统 指导教师：王成华 20090101
南京航空航天大学硕士学位论文 摘要 无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是一种集成了计算机技术、通信技术、传感器技术的新型智能监控网络，已成为当前无线通信领域研究的热点。 随着生活水平的提高，环境问题开始得到人们的重视。传统的环境监测系统由于传感器成本高，部署比较困难，并且维护成本高，因此很难应用。本文以环境温度和湿度监控为应用背景，实现了一种基于无线传感器网络的监测系统。 本系统将传感器节点部署在监测区域内，通过自组网的方式构成传感器网络，每个节点采集的数据经过多跳的方式路由到汇聚节点，汇聚节点将数据经过初步处理后存储到数据中心，远程用户可以通过网络访问采集的数据。基于CC2430无线单片机设计了无线传感器网络传感器节点，主要完成了温湿度传感器SHT10的软硬件设计和部分无线通讯程序的设计。以PXA270为处理器的汇聚节点，完成了嵌入式Linux系统的构建，将Linux2.6内核剪裁移植到平台上，并且实现了JFFS2根文件系统。为了方便调试和数据的传输，还开发了网络设备驱动程序。 测试表明，各个节点能够正确的采集温度和湿度信息，并且通信良好，信号稳定。本系统易于部署，降低了开发和维护成本，并且可以通过无线通信方式获取数据或进行远程控制，使用和维护方便。 关键词：无线传感器网络，环境监测，温湿度传感器，嵌入式Linux，设备驱动
Abstract Wireless Sensor Network, a new intelligent control and monitoring network combining sensor technology with computer and communication technology, has become a hot spot in the field of wireless communication. With the improvement of living standards, people pay more attention to environmental issues. Because of the high maintenance cost and complexity of dispose, traditional environmental monitoring system is restricted in several applications. In order to surveil the temperature and humidity of the environment, a new surveillance system based on WSN is implemented in this thesis. Sensor nodes are placed in the surveillance area casually and they construct ad hoc network automatieally. Sensor nodes send the collection data to the sink node via multi-hop routing, which is determined by a specific routing protocol. Then sink node reveives data and sends it to the remoted database server, remote users can access data through Internet. The wireless sensor network node is designed based on a wireless mcu CC2430, in which we mainly design the temperature and humidity sensors’ hardware and software as well as part of the wireless communications program. Sink node's processors is PXA270, in which we construct the sink node embedded Linux System. Port the Linux2.6 core to the platform, then implement the JFFS2 root file system. In order to facilitate debugging and data transmission, the thesis also develops the network device driver. Testing showed that each node can collect the right temperature and humidity information, and the communication is stable and good. The system is easy to deploy so the development and maintenance costs is reduced, it can be obtained data through wireless communication. It's easy to use and maintain. Key Words: Wireless Sensor Network, Environment Monitoring, Temperature and Humidity Sensor, Embedded Linux, Device Drivers
环境监测在线监测技术研究 周卫强 摘要：本文主要讲述了现在环境监测在线检测技术研究，主要有大气和水方面的环境监测技术。 关键词：在线监测；环境监测 1引言 在线检测是环境监测未来的发展方向。 在线监测保持传统理化监测快速精确的特点的同时,自动在线无量程不分档任意测量,解决了一般理化仪器对未知污染物样品或污染物浓度变化很大的排污水体或气体难以直接测定的局限。对污染源进行实时在线监测,环保部门对废水、废气治污设施运行在线监控,真实有效地“录像”每个瞬间排污单位的排污情况,即连续监测系统。它为环境监理执法所必须的监督,即监测数据为环境监理提供最有力的依据。 2正文 2.1 pH值在线检测及控制系统 2.1.2 工作原理 系统核心部件是pH值信号采集装置和信号处理控制装置。系统根据pH检测传感器检测到的pH值信号，将输出检测信号至中央处理单元，中央处理单元经信号处理单元和运算单元后，实现仪表显示实际pH值，并与设定的pH值进行比较，输出控制信号，控制执行机构，自动向槽中加减中和液，并采用循环泵对槽内液体迅速循环，确保其均匀性，使织物达到所设定的pH值。 2.1.3 关键技术及创新点 (1)、pH值在线检测传感器的研究和选用； (2)、对pH值算法的分析和研究； (3)、对pH值检测信号处理技术的研究； (4)、温度对pH值影响需进行温度补偿技术处理； (5)、对自动化控制仪表的开发： (6)、仪表采用单片机智能化设计，具有自动稳零、数字显示、超限报警、变送输出、电流调节输出或时间比例输出、RS485通讯等功能系统测量精确、稳定、
运行可靠； (7)、对检测和执行机构的研究和开发；【1】 2.2 PTR-MS在线监测大气挥发性有机物 2.2.1 PTR-MS在线监测的基本原理【2】 利用质谱对VOCs进行测量前必须把VOCs分子离子化PTR-MS采用的是软电离技术即利用母体离子与VOCs反应把VOCs分子转换成离子H3O+利用的母体离子是H3O+离子之所以用H2O是因为一方面H2O的质子亲合势为7.22eV 而大多数VOCs的质子亲合势在7~9eV之间因此H3O+分子可以和大多数的VOCs 除了CH4和C2H4等少数有机物分子发生质子转移反应另一方面空气中主要成分N2和O2等的质子亲合势都小于H2O的质子亲合势因此它们不会与H3O+发生质子转移反应所以在测量空气中的痕量VOCs时,H3O是最合适的母体离子.【3】 2.3不依赖空气动力装置(AIP)排出气体中CＯ2浓度在线检测 摘要根据闭式循环柴油机不依赖空气动力装置(cCDAIP)排出气体中C02浓度在线检测的实际需求，结合ccDAIP排出气体测试的具体每件，研究了co：浓度在线检测装置的系统构成特点，计算确定了气水分离器等重要部件的结构参数，设计了c02浓度在线检测流程，在国内首次研制出AIP排出气体成份在线检测装置。经CCDAIP排出气体吸收试验，表明CO。在线检测装置设计合理，测量精度等性能指标满足工程要求，解决了AIP排出气体CO。浓度在线检测技术关键。 【4】 2.4 基于UV 法水质COD在线检测 作为综合评价水体污染程度的重要指标之一，化学需氧量（COD）在线检测仪具有很大应用价值及市场前景。从目前来看，国内外市场上所使用的COD 检测仪种类繁多，检测原理也不尽相同。但综合来看，采用物理法即基于UV 法水质COD 检测技术已成为该领域的发展趋势。尽管国外产品的技术成熟，但其成本较高，不利于我国大范围的推广使用。因而研发一种检测技术先进，成本较低，适用性强的水质COD 在线检测仪已成为我国科研工作者工作的重点。【5】2.5 基于红外光谱和GPRS的大气有害气体监测系统的研究 GPRS 无线网络技术和气体浓度红外检测技术的运用基于红外检测技术、GPRS 无线网络和ARM 技术，构建有害气体监控系统的方案。通过对测试原理和方法的充分论证之后，设计了气体浓度测试的红外传感器；开发了以32 位处理器S3C44B0 为核心，包括A/D 转换模块、LED/LCD 液晶显示模块、GPRS 模块以及键盘模块在内的ARM 中央硬件处理平台；完成了各电路模块印刷电路板的制作和分步调试；在ARM 集成开发环境ADS1.2 下完成了系统的启动代码和应用程序的编写，和上位机监控软件的编写；并结合硬件电路完成了整个系统的调试；最后在实验室完成了测试系统的标定实验。本系统的优点在于利用了
无线环境监测模拟装置无线环境监测模拟装置 全国一等奖全国一等奖 电子科技大学电子科技大学 王康王康王康 胡航宇胡航宇 耿东晛耿东晛 摘要摘要 本作品以MSP430单片机为核心， 利用数字温度传感器以及光敏电阻采集温度和光照信息；通过ASK 调制和调谐式解调（Tone Decoder）进行数据通讯，并采用CSMA 方式解决了多个节点公用同一信道的问题；采用存储转发机制以及对被转发的数据包赋予生命周期的方法，实现了自动转发功能以及对新节点加入和离开的自动识别。探测节点全部采用通用器件，以60mW 左右的平均功耗实现了节点间0.7m 以及转发方式下1.4m 的通讯距离，在达到指标要求的前提下降低了功耗和成本。 关键词：ASK 调制，Tone Decoder， CSMA，存储转发； 一、 方案论证与比较 1.1调制方案选择调制方案选择：： 方案1：采用FSK 调制，优点是具有较强的抗干扰能力。缺点是解调部分的硬 件较为复杂。 方案2：采用ASK 调制，优点是调制和解调的电路都相对简单，缺点是抗干扰 能力较差。通过在干扰较小的频段选择合适的载频，并通过窄带滤波能够消除大部分干扰，所以本作品选择了ASK 调制方式。 1.2解调方案选择解调方案选择：： 方案1：对ASK 信号放大与窄带滤波后，进行包络检波，再通过门限判决的方 法解调。该方案的成本低，缺点是抗干扰能力很差，窄带滤波器容易偏频，难以调试。 方案2：对ASK 信号放大后，采用调谐式解调器（Tone-Decoder）进行解调， 解调器本身是个窄带锁相环，能够省去窄带滤波器，且本身抗干扰能力较强；本作品中采用该方案。 1.3多点通讯方案选择多点通讯方案选择：： 多个节点间共用了同一个通信信道，因此在主机以及多节点之间涉及到信道复用问题。我们对比了以下方案： 方案1：采用时间分隔机制的信道复用，如主-从式的轮询点名或令牌环网络。 考虑到数据转发功能的实现必然要有多台主机，主-从式网络只允许一台主机显然不合适，而令牌环网络在节点随机离开后也会出现令牌无法传递的问题。并且，当节点编号未知时，依次搜索255个节点耗时很长。 方案2：基于碰撞侦测机制的信道复用，如A LOH A 、CSMA 等方式。优点是网络 中每个节点都可以作为主机，随时可以主动发送数据到任何其他节点。缺点是数据包可能因随机碰撞而丢失，且通讯延迟不可预计。但题目中要求5秒较为宽裕，而被传输的信息都是缓变量，允许进行多次重发。其中CSMA 方式在发送前进行载波侦听，不会出现A LOH A 在信道拥挤时将信道完全阻塞的现象，所以选择了CSMA 方式进行信道复用。 系统整体框图如图1，每个节点都采用低功耗的MSP430单片机对环境参数
室内环境检测服务合同 委托单位：（以下简称甲方） 检测单位：（以下简称乙方）根据《中华人民共和国合同法》及国家有关法律、法规的规定，甲、乙双方在平等、自愿、等价有偿、公平、诚实信用的基础上，经友好协商，就甲方委托乙方承担专项检测工作达成一致意见，特签订本合同，以资信守。 第一条工程概况 1、项目名称： 2、项目地点： 第二条测试内容及方式 1、测试内容：对甲方委托范围内室内的氡、甲醛、苯、氨、总挥发性有机物等五种有害物质进行检测。 2、测试方式：委托检测。 3、承揽方式：按合同固定总价由乙方包干。乙方已包括但不限于包人工、包材料、包机械、包场内外运输、包测试、包工期、包质量、包安全、包文明施工、包进场及退场费用、包成品与半成品的保护、包税费、包风险、包通过甲方及有关政府部门验收等方式承包本工程。 第三条技术要求 按照GB/T18883-2002《室内空气质量标准》及GB50325—2010《民用建筑工程室内环境污染控制规范》（以下简称《规范》）进行测试、验收。
第四条测试期限 1、乙方应自甲方书面通知进场测试之日起14 天内完成测试工作。测试完毕之日起7天内向甲方提交检测结果报告（1式6份）。 2、如遇下列情况，乙方须在发生签证事由2日内书面通知甲方，经甲乙双方代表签证，测试期限相应顺延；否则视为乙方放弃签证的权利，工期不予顺延：（1）因甲方原因，影响工程项目进度，如不按时提供有关资料、文件，从而影响乙方正常的工作； （2）不可抗力的因素。 第五条测试工作成果验收 双方确定，按以下标准及方式对乙方的测试工作成果进行验收： 1、乙方完成测试工作的形式：按照《规范》的要求以及相关的检测方法、标准，完成对本合同的室内空气检测。 2、测试工作成果的验收标准：按照《规范》进行验收，如检测结果室内空气污染超过《规范》规定，乙方提交检测报告必须提出有效治理措施。如进行有效治理后需进行复检测，检测费用由乙方承担，直到检测结果合格。甲方不再另外增加费用。 3、测试工作成果的验收方法：提交分析检测结果报告，结果报告必须符合有关政府部门的验收要求。 4、验收的时间：提交检测报告后14个工作日内。 5、其它要求： 第六条测试费用及支付方式
智能家居环境监测系统设计与实现 智能家居是指在智能化、自动化、信息化的基础上利用传感器网络等进行数据传输，实现家居电器的智能控制，随着4G网络的快速发展，智能家居的及时出现为人们享受生活提供了一个更好的选择。 一、智能家居环境监测系统总体设计 基于ZigBee无线通信技术构建的室内环境监测系统主要实现室内温度、氧气、一氧化碳、二氧化硫、湿度、甲烷和二氧化碳含量等家居环境的检测，其次是监测生活用水、用电和用气的安全性和用量，三是监测室内各种生活家电的状态等。系统设计中，基于ZigBee的传感器节点将室内环境信息发送到无线传感器网络的汇聚节点，通过ARM微处理器实现嵌入式编程，然手通过ARM微处理器和ZigBee汇聚节点实现有效的网络串行通信。通过该系统，采集室内环境信息、输入操作命令、输出操作结果、集中控制室内环境、远程控制家用电器、联动控制室内安防系统等功能。 二、智能家居环境监测系统详细设计 2.1室内环境信息采集功能 通过部署在室内的传感器节点，实现无线传感器网络的室内环境信息采集，以便能够将室内温度、湿度、氧气、二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫、甲烷及生活用水和生活电气等相关信息传递到系统中。信息采集和感知是室内环境系统最基本的功能，需要将传感器节点进行良好的部署和优化，以便在最小能量耗费下实现节点的全方位覆盖。 2.2 室内环境信息传输功能 传感器节点采集相关的网络信息后，通过4G网络传输到ZigBee汇聚节点，汇聚节点将多个传感器节点信息传输到室内监测系统的服务器，以便服务器进行处理。信息传输过程中，为了实现高效数据传输和分发，需要将数据进行压缩和存储，实现传感器网络的聚簇作用，同时为了降低传感器网络的通信开销、平衡节点间负载，需要对传感器网络节点和传输节点进行设计。 2.3 室内环境信息处理功能 数据传输到服务器后，环境监测装置负责处理采集到的数据信息，发现相关的信息超过用户设置的预警值，则传感器检测装置通过4G通信网络以短信或数据通信的方式通知用户，同时将收集的信息存储到服务器数据库中。逻辑业务处理将数据统计分析和预测结果发送到相关界面，以便用户查看和分析。 三、Zigbee无线传感网络系统硬件设计
标准操作程序 S．O．P 部门：质控部题目：洁净室环境在线监测系统使用标准操作程序共页NO：SOP－QA－055－A 版本号： A 颁发部门：质量管理中心 起草人及日期：审核人及日期：审核人及日期： 批准人：批准日期：执行日期： 分发单位：质控部、冻干粉针车间、设备科 1．目的：建立一个洁净室环境在线监测系统使用的标准操作程序 2．范围：冻干粉针车间洁净室环境在线监测系统 3．责任人： 4.操作程序： 1.1 WINCC系统启动 1.1.1 手动启动 ①WINDOWS系统启动； ②桌面→所有程序→SIMATIC→WINCC→WINCC Explorer；
③打开Wincc Explorer后点击按钮，系统会自动启动，等待2分钟左右会出现登录界面； ④弹出登录界面后输入正确用户名密码后，登录成功，根据登录用户的权限可进行相关的操作。 1.1.2 自动启动 ①WINDOWS系统启动； ②桌面→所有程序→SIMATIC→WINCC→Tools→Autostart； ③按照如下设置，然后重新启动WINDOWS后，系统会自动启动；
④弹出登录界面后输入正确用户名密码后，登录成功，根据登录用户的权限可进行相关的操作。 1.2 用户登录 1.2.1 操作员站OS1用户组及用户列表 用户名设置为4-10个英文字母和/或阿拉伯数字的组合，密码设置为不少于6个英文字母和阿拉伯数字的组合，如下表： 人机界面安全组成员用户ID 密码 OS1 管理员Admin1 admin1工程师Eng1 eng111 操作员Oper1 oper11
操作员站OS1用户组权限列表： 访问权限管理员工程师操作员 浏览安全数据是否否 改变自己的密码是否否 改变自己期望的密码是否否 编辑用户数据组是否否 编辑用户组访问权限是否否 编辑安全设置是否否 趋势是是是 报警确认是是是 复位报警是是是 开关的手自动是否否 停止系统是是是 日期和时间是否否 手动控制数字、模拟输出是否否 参数输入是否否 审计表浏览是是是 画面浏览是是是 1.2.2 用户登录操作 ①WINCC运行系统已经启动，步骤参见WINCC系统启动； ②弹出登录界面后输入正确用户名密码后，登录成功，根据登录用户的权限可进行相关的操作。 1.2.3 用户注销及更改密码操作 ①WINCC运行系统会在用户停止操作鼠标和键盘半小时后自动注销登录用户； ②当用户想立即退出登录的话可点击WINCC界面功能区按钮，会弹出登录窗口后点击下图注销按钮即可； ③点击更改密码可更改当前用户密码。
智能环境监测系统的设计 Design on the intelligent system of monitoring environment
摘要 系统主要由数据采集端和移动监控终端两部分组成。采用16位单片机SPCE061A为处理核心，在数据采集端，利用两片CD4067BE分别挂接16只DHT11温湿度传感器和16只光照强度传感器；采用10位ADC实现对环境声音的实时录制，加入OV7670摄像头进行实时拍照监控，最后把所采集到的数据帧通过NRF905无线传输模块传送到移动监控终端。在移动监控终端，通过NRF905接收数据，将处理后的环境参数数据进行显示，接收到的语音压缩编码通过10位DAC进行解码播放，通过按键切换进入全屏环境参数显示模式或全屏监控照片显示模式，并将接受到的环境参数、声音、照片存储到SD卡中。本文以SPCE061A超低功耗单片机为核心，设计了通用智能终端和智能温湿度传感器，重点介绍了该终端和传感器的任务、硬件、软件以及控制算法的设计与实现。硬件方面，介绍了系统各个部分的设计思想、原理电路以及，并给出了系统总硬件原理图；另外，为了实现系统的低成本和低功耗，在满足设计要求的前提下，尽可能选用了价格低廉和低功耗的元器件。软件方面，采用了时间触发的混合调度器模式设计，对系统各个任务进行了设计，并给出了系统软件低功耗设计方法。 关键词：SPCE061A；多节点；无线传输；HMI Abstract The system is designed for two parts of data acquisition terminal and mobile monitoring terminal. Its processing core is SPCE061A which is a 16 bits mcu. In the data acquisition terminal, 16 DHT11 of single bus temperature, humidity sensor and 16 light intensity sensor are hung on two CD4067BE. The environmental sound is recorded to coding and compression with 10 bits ADC which is built in the mcu at any time. Add OV7670 which is a camera module to monitor at anytime. ALL collected data is transmitted to the mobile monitoring terminal through NRF905 of wireless transmission module. In the mobile monitoring terminal, the data is received through NRF905.The environmental parameter data is displayed after dealing with and the compression coding of speech is decoded to play with 10 bits DAC.We can switch to full-screen environment parameter display mode or full-screen picture display mode with the keys. At last, the environmental parameter, sound and photos are stored to the SD card.Based on the SPCE061A ultra low power microcontroller as the core, a general intelligent terminal and intelligent temperature and
无线发射接收系统设计与实现 摘要: 此系统采用了无线发射和接受实现双向的全双工无线通信。通过使用C51单片机实现对系统的数据采集、信号收发进行控制。用硅光片进行对阳光是否照射的采集，DS18B20进行温度信息采集。该系统是一个独立系统，能够在一定范围内进行数据采集并且将数据通过无线传输到数据接收模块。 关键词:无线传输；单片机；数据采集 1 引言 对于环境信息采集是很普遍的，但是将采集的信息如何传输就是关键，传统的系统都是用有线的方法，不仅要铺设线路，而且不方便，可移植性差。随着无线技术的不断发展，无线在各个领域中的应用也不断增加，通过嵌入式系统，用无线的方式实现数据的采集和传输是最好的解决方法，不仅简化了实施的难度，而且成本相对较低。 本文主要是以C51单片机为控制核心，用无线接收发射装置来实现环境数据采集系统。 2 系统目的 设计并制作一个无线环境监测模拟装置，实现对周边温度和光照信息的探测。该装置由1个监测终端和不多于255个探测节点组成(实际制作2个)。监测终端和探测节点均含一套无线收发电路，要求具有无线传输数据功能，收发共用一个天线。 探测节点有编号预置功能，编码预置范围为00000001B～B。探测节点能够探测其环境温度和光照信息。温度测量范围为0℃～100℃，绝对误差小于2℃;光照信息仅要求测量光的有无。探测节点采用三节干电池串联，单电源供电。 监测终端用外接单电源供电。探测节点分布示意图如图1所示。监测终端可以分别与各探测节点直接通信，并能显示当前能够通信的探测节点编号及其探测到的环境温度和光照信息。 每个探测节点增加信息的转发功能，节点转发功能示意图如图2所示。即探测节点B的探测信息，能自动通过探测节点A转发，以增加监测终端与节点B之间的探测距离D+D1。该转发功能应自动识别完成，无需手动设置，且探测节点A、B可以互换位置。
污染源在线监测系统是环保监测与环境预警的信息平台。系统采用先进的无线网络，涵盖水质监测、烟气自动监测（CEMS）、空气质量监测、以及视频监测等多种环境在线监测应用；系统以污染源在线监测为基础，充分贯彻总量管理、总量控制的原则，包含了环境监理信息系统的许多重要功能，充分满足各级环保部门环境信息网络的建设要求，支持各级环保部门的环境监理与环境监测工作，满足不同层级用户的管理需求。 【部分正文预览】污染源在线监测系统是环保监测与环境预警的信息平台。系统采用先进的无线网络，涵盖水质监测、烟气自动监测（CEMS）、空气质量监测、以及视频监测等多种环境在线监测应用；系统以污染源在线监测为基础，充分贯彻总量管理、总量控制的原则，包含了环境监理信息系统的许多重要功能，充分满足各级环保部门环境信息网络的建设要求，支持各级环保部门的环境监理与环境监测工作，满足不同层级用户的管理需求。 1. 污染源在线监测系统的构成 一套完整的污染源在线监测系统能连续、及时、准确地监测排污口各监测参数及其变化状况；中心控制室可随时取得各子站的实时监测数据，统计、处理监测数据，可打印输出日、周、月、季、年平均数据以及日、周、月、季、年最大值、最小值等各种监测、统计报告及图表（棒状图、曲线图、多轨迹图、对比图等），并可输入中心数据库或上网。收集并可长期存储指定的监测数据及各种运行资料、环境资料备检索。系统具有监测项目超标及子站状态信号显示、报警功能；自动运行，停电保护、来电自动恢复功能；维护检修状态测试，便于例行维修和应急故障处理 污染源在线监测系统特点 ?整合污染源在线监测系统与视频监测系统，在全面监测企业污染物排放状况的同时，还可以将企业现场的实时画面传送到环保局，实现污染源可视化管理。 ?采用GPRS无线数据传输方式，彻底摆脱“有线”的束缚，适用范围广，运行成本低。 ?利用GPRS无线网络实时在线的特点，建立污染源在线监测系统（环境监理信息系统）的无线网络，及时准确地掌握各个企业污染物排放口的实际运行情况和污染物排放的发展趋势与动态。 ?人性化的报警和预警功能，可以提醒管理人员及时地关注和处理可能发生或已经发生的事件。 ?监测仪表的类型不受限制，只要在系统中进行相应的设置即可对任意仪表类型自动进行识别，从而扩大了系统的监测种类和应用范围。 ?涵盖在线监测的多种应用，包括水质在线监测、烟尘在线监测。 ?围绕污染源在线监测的核心，拓展了在环境监理方面的功能，使得本系统同时也是一套环境监理信息系统。 污染源在线监测系统功能
环境保护信息系统总体设计方案 环境监测信息系统 总体设计方案 - 1 -
目录 环境监测信息系统总体设计方案 -------------------------------------- 错误!未定义书签。 1 引言------------------------------------------------------------------------------------------------ - 5 - 1.1设计思想 -------------------------------------------------------------------------------------5- 1.2设计背景 -------------------------------------------------------------------------------------5- 1.3参考文献 -------------------------------------------------------------------------------------6- 2 系统概述 ----------------------------------------------------------------------------------------- - 6 - 2.1系统设计原则 -------------------------------------------------------------------------------6- 2.2系统目标与运行环境 ---------------------------------------------------------------------7- 2.3需求分析 -------------------------------------------------------------------------------------8- 3 系统总体设计---------------------------------------------------------------------------------- - 10 - 3.1 系统物理结构 ------------------------------------------------------------------------------- - 11 - 3.1.1 系统流程图 -------------------------------------------------------------------------------- - 11 - 3.1.2 技术要求 ---------------------------------------------------------------------------- - 13 - 3.1.3 系统体系结构---------------------------------------------------------------------- - 14 - 3.2子系统功能描述及实现---------------------------------------------------------------- -14- 3.2.1 系统总体结构---------------------------------------------------------------------- - 14 - 3.2.2 子系统结构 ------------------------------------------------------------------------- - 14 - 3.3各子系统功能模块的实现 ------------------------------------------------------------ -21- 3.3.1信息输入模块 ---------------------------------------------------------------------- - 21 - 3.3.2 信息修改模块---------------------------------------------------------------------- - 21 - 3.3.3 信息查询功能---------------------------------------------------------------------- - 21 - 3.3.4 信息分析功能---------------------------------------------------------------------- - 22 - 3.3.5 信息输出功能---------------------------------------------------------------------- - 22 - 3.3.6 其它功能 ---------------------------------------------------------------------------- - 22 - 3.4软件结构图 ----------------------------------------------------------------------------------- - 24 - 3.4.1应用软件的设计思想 -------------------------------------------------------------- - 24 - 3.4.2软件系统总体架构 ---------------------------------------------------------------- - 25 - 4 开发过程--------------------------------------------------------------------------------------- - 26 - 4.1系统开发环境----------------------------------------------------------------------------- -26- 4.2总体进度计划 ----------------------------------------------------------------------------- -26- 4.3经费预算 ----------------------------------------------------------------------------------- -27- 5 软件设计标准 -------------------------------------------------------------------------------- - 27 - 5.1 用户界面-------------------------------------------------------------------------------------- - 27 - 5.2 硬件接口-------------------------------------------------------------------------------------- - 28 -
无线环境监测模拟装置（D题） 【本科组】 一、任务 设计并制作一个无线环境监测模拟装置，实现对周边温度和光照信息的探测。该装置由1个监测终端和不多于255个探测节点组成（实际制作2个）。监测终端和探测节点均含一套无线收发电路，要求具有无线传输数据功能，收发共用一个天线。 二、要求 1．基本要求 （1）制作2个探测节点。探测节点有编号预置功能，编码预置范围为00000001B～11111111B。探测节点能够探测其环境温度和光照信息。温度测量范围为0℃～100℃，绝对误差小于2℃；光照信息仅要求测量光的有无。探测节点采用两节1.5V干电池串联，单电源供电。 （2）制作1个监测终端，用外接单电源供电。探测节点分布示意图如图1所示。监测终端可以分别与各探测节点直接通信，并能显示当前能够通信的探测节点编号及其探测到的环境温度和光照信息。 （3）无线环境监测模拟装置的探测时延不大于5s，监测终端天线与探测节点天线的距离D不小于10cm。在0～10cm距离内，各探测节点与监测终端应能正常通信。 2．发挥部分 （1）每个探测节点增加信息的转发功能，节点转发功能示意图如图2所示。即探测节点B的探测信息，能自动通过探测节点A转发，以增加监测终端与节点B 之间的探测距离D+D1。该转发功能应自动识别完成，无需手动设置，且探测节点A、B可以互换位置。
（2）在监测终端电源供给功率≤1W，无线环境监测模拟装置探测时延不大于5s 的条件下，使探测距离D+D1达到50cm。 （3）尽量降低各探测节点的功耗，以延长干电池的供电时间。各探测节点应预留干电池供电电流的测试端子。 （4）其他。 2．发挥部分 （1）每个探测节点增加信息的转发功能，节点转发功能示意图如图2所示。即探测节点B的探测信息，能自动通过探测节点A转发，以增加监测终端与节点B 之间的探测距离D+D1。该转发功能应自动识别完成，无需手动设置，且探测节点A、B可以互换位置。 （2）在监测终端电源供给功率≤1W，无线环境监测模拟装置探测时延不大于5s 的条件下，使探测距离D+D1达到50cm。 （3）尽量降低各探测节点的功耗，以延长干电池的供电时间。各探测节点应预留干电池供电电流的测试端子。 （4）其他。 三、说明 1．监测终端和探测节点所用天线为圆形空芯线圈，用直径不大于1mm的漆包线或有绝缘外皮的导线密绕5圈制成。线圈直径为（3.4±0.3）cm（可用一号电池作骨架）。天线线圈间的介质为空气。无线传输载波频率低于30MHz，调制方式自定。监测终端和探测节点不得使用除规定天线外的其他耦合方式。无线收发电路需自制，不得采用无线收、发成品模块。光照有无的变化，采用遮挡光电传感器的方法实现。 2．发挥部分须在基本要求的探测时延和探测距离达到要求的前提下实现。3．测试各探测节点的功耗采用图2所示的节点分布图，保持距离D+D1=50cm，通过测量探测节点A干电池供电电流来估计功耗。电流测试电路见图3。图中电容C为滤波电容，电流表采用3位半数字万用表直流电流档，读正常工作时的最大显示值。如果D+D1达不到50cm，此项目不进行测试。